(57)【要約】【課題】  ケーブル劣化診断法としては絶縁抵抗測定、直流漏れ電流測定、誘電正接測定がよく用いられているが、課電を停止して実施しなくてはならず、運転中のケーブルの状態監視はできない。【解決手段】  運転中のケーブルの劣化診断を行うために、配電系統の各検出点における零相電圧と零相電流を測定し、測定された信号の極性から方向判定する。この電流パルスの測定のために、５０ｋＨｚ以上の周波数応答特性を持つ電流センサにより測定し、測定される振動波形が十分に検出できるように５０ｋＨｚ以上のサンプリング周波数とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統に配備した零相電圧を測定する零相電圧測定器と、零相電流を測定する零相電流測定器と、前記零相電流の位相を遅らせた電流と前記零相電圧とを乗算し、正の出力であれば電源側、負の出力であれば負荷側であることを判定する判定装置を備え、配電系統の電力ケーブル異常による微地絡を検出するケーブル状態監視装置において、前記零相電流を測定する零相電流測定器の周波数応答特性が５０ｋＨｚ以上であるケーブル状態監視装置。
【請求項２】
配電系統に配備した零相電圧を測定する零相電圧測定器と、零相電流を測定する零相電流測定器と、前記零相電流の位相を遅らせた電流と前記零相電圧とを乗算し、正の出力であれば電源側、負の出力であれば負荷側であることを判定する判定装置を備え、配電系統の電力ケーブル異常による微地絡を検出するケーブル状態監視装置において、前記零相電流を測定する零相電流測定器は、サンプリング時間が２０マイクロ秒以下であるケーブル状態監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配電系統で用いる電力ケーブルの状態監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電系統において電力を伝送する架橋ポリエチレン（ＣＶ）ケーブルの絶縁が劣化すると、地絡の前駆現象として微地絡が発生する。絶縁劣化は種々の形態があるが、特に絶縁破壊が絶縁材中で樹木の枝のように延びる水トリー劣化が進行すると、絶縁物を貫通してその中を放電する間欠弧光地絡が発生する。
【０００３】
微地絡、間欠弧光地絡は、地絡しても瞬間的に絶縁が回復してしまう現象で、繰り返すと完全地絡となる。その波形は断続的な針状波形であり、この段階でケーブルの異常を検出すれば、地絡事故（フラッシュオーバ）に至る前にケーブルの交換が可能となる。
【０００４】
近年、既設ケーブルを寿命の限界まで使用することが検討されており、ケーブルの劣化診断技術の確立が求められている。特に、ケーブルの劣化区間が特定できれば、劣化区間だけを取り替えることができ、保守管理上経済的である。現在では水トリー劣化を防ぐために、遮水層付きＣＶケーブルも開発されているが、幹線部などの重要な箇所しか適用されておらず、ケーブルの状態監視による劣化診断技術の確立が求められている。これらの技術は、特許文献１（特開平８−２６５９５９号公報）に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２６５９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のケーブル劣化診断法としては絶縁抵抗測定、直流漏れ電流測定、誘電正接測定がよく用いられているが、課電を停止して実施しなくてはならず、運転中のケーブルの状態監視はできなかった。また、活線の診断として、箔電極をケーブルのジョイント部に巻いて部分放電を検出する方法が提案されているが、検出感度や有効性、経済性の課題があり実用的な状態監視となっていない。
【０００７】
従来の配電線の地絡を検出するための零相電流Ｉｏを測定する電流センサや測定器は、商用周波数（５０Ｈｚや６０Ｈｚ）の測定ができれば十分であった。このために零相電流計測に使用されている電流センサは、せいぜい１ｋＨｚ程度の周波数応答特性やサンプリング周波数であり、必ずしも間欠弧光地絡などの数百マイクロ秒の信号を捉えることができなかった。仮に捉えたとしても、振動波形の極性を検出する際、誤って検出する可能性があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
検出点（測定点）における零相電圧Ｖｏと零相電流Ｉｏを測定し、ＶｏとＩｏの乗算を用いて事故方向を判定することができることは従来からの地絡方向判定に利用されてきた。しかしながら、ケーブルの微地絡の場合は微地絡電流パルスのパルス幅は数百マイクロ秒程度であるため、検出したパルス信号を誤った極性に判定しないように５０ｋＨｚ以上の周波数応答特性を持つ電流センサにより測定し、測定される振動波形が十分に検出できるようにサンプリング周波数は５０ｋＨｚ以上が必要となる。
【発明の効果】
【０００９】
ケーブル状態監視において、本発明では誤動作、誤判定が抑えられるため信頼性の高い状態監視が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施の形態を図面によって説明する。図１は、ケーブル劣化監視装置１１のブロック図を示している。三相ケーブルを用いる配電線１には、零相電圧（Ｖｏ）を測定する電圧センサ５（例えばＺＰＤ：Zero  Potential  TransformerやＧＰＴ：Ground  potential  Transformer）と零相電流Ｉｏを測定する電流センサ４（例えばＺＣＴ：Zero  Phase  Current  Transformer）が配置されている。零相電圧信号は、配電系統のどの場所で測定しても基本的には同じなので、配電変電所のＧＰＴの出力を共通信号として用いることができる。
【００１１】
電圧センサ５の周波数応答は、例えば、約１ｋＨｚである。一方、電流センサ４の周波数応答は、約５０ｋＨｚ、サンプリング周波数は、５０ｋＨｚ、サンプリング時間は、２０マイクロ秒以下である。ケーブルの状態監視では零相電流波形がパルス状波形となるため、商用周波（５０Ｈｚや６０Ｈｚ）の基本波レベルでの位相差判定は困難となる。本発明では、測定した零相電圧Ｖｏの波形データと零相電流Ｉｏの波形データを乗算演算し、零相電圧Ｖｏと零相電流Ｉｏの位相差の極性から微地絡方向を判定する。例えば、負極性であれば負荷方向、正極性であれば電源方向となる。系統では遮断器の開閉動作や雷などで発生する単発ノイズ、ランダムパルスのようなノイズ成分が存在する。通常、零相電流Ｉｏの波形は検出されるが、零相電圧Ｖｏ波形には変動が現れないので、本実施形態によればノイズ信号は、符号判定レベルを超えないため検出されることはない。
【００１２】
図２が方向判定を実施した場合の一例である。系統電源２は、変圧器３を介して配電線１へ供給される。配電線１に配置された検出点１〜検出点３は、事故フィーダの測定点を示し、検出点４は健全フィーダの測定点であり、微地絡は検出点２と検出点３の間で発生しているものとする。零相電圧は、ＧＰＴ６によって測定される。図３（ａ）は、零相電圧Ｖｏの波形を示し（ｂ）〜（ｅ）は、各検出点での観測される零相電流Ｉｏの波形を示しており、検出点１および検出点２は負荷側に向いているのに対して、検出点３および検出点４は電源側に方向が向いていることがわかる。隣合う検出点２と検出点３の方向が異なるため、検出点２と検出点３の間にケーブル異常が存在していることがわかる。
【００１３】
このように測定された信号波形の極性に基づき方向判定を実施することになるため、信頼性の高い方向判定を実施するためには誤った検出を防止しなくてはならない。図３で検出されている零相電流Ｉｏ波形において、１つのパルス波形を拡大して示したものが図４の波形である。図４のパルス波形のパルス幅は約２５０μｓであり、非常に短い。誤った極性の測定を防止するためには、測定するためのセンサや測定器の周波数応答が十分速く波形を正確に測定できる必要がある。
この図４のパルスを測定するためのサンプリング周波数を変えた例を図５に示す。図５（ａ）はサンプリング周波数が５ｋＨｚの例である。図中の○が測定器で測定される点を示しており、この場合ではパルス信号が小さく検出され間違った極性の信号として計測されていることがわかる。図５（ｂ）はサンプリング周波数が１０ｋＨｚのケースであり、信号の極性は正しく計測しているが、検出される信号の大きさは正確ではない。
【００１４】
また、系統回路の状態によっては振動波形となる場合もあり、そのときは極性を間違って測定することもあり得る。十分な精度をもって測定するためには、図５（ｃ）に示すようにサンプリング周波数が５０ｋＨｚ以上であることが必要である。このときはパルス電流の大きさも、ほぼ正確に測定することが可能となる。サンプリング周波数が５０ｋＨｚの場合、そのサンプリング時間は、２０マイクロ秒以下である。
【００１５】
また、零相電流を測定する電流センサ（例えばＺＣＴ）も高周波に対する周波数応答が必要であり、測定器のサンプリング周波数よりも大きい５０ｋＨｚ以上の周波数応答を持つ必要がある。通常、地絡検出に用いられているＺＣＴは５０Ｈｚや６０Ｈｚの商用周波数を測定できるような特性である。通常は周波数応答特性がせいぜい１ｋＨｚ程度しかなく、本実施形態のケーブル状態監視のために必要となる電流センサとしての周波数特性は満足していない。上記の実施形態の場合には、電流センサが５０ｋＨｚ以上の周波数応答特性を持ち、測定器の測定周波数帯域も５０ｋＨｚ以上でなければならない。
【００１６】
零相電圧測定に関しては、図３（ａ）に示すようにパルス状信号とはならないので、電流センサより周波数応答は早くする必要はなく、たとえば１ｋＨｚ程度の周波数応答があれば問題なく測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施例を示すケーブル状態監視を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例の微地絡発生時の系統での検出点を示す図である。
【図３】本発明の一実施例の零相電圧Ｖｏ検出と各検出点での零相電流Ｉｏの検出結果を示す図である。
【図４】本発明の一実施例を検出された零相電流波形を示す図である。
【図５】本発明の一実施例を示す測定器で検出される零相電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１…配電線、２…系統電源、３…変圧器、４…電流センサ、５…電圧センサ、６…ＧＰＴ、１１…ケーブル劣化監視装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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